是孤獨(dú)的巨人，還是碰撞的產(chǎn)物？超級木星有著混沌的過去
兩顆巨行星碰撞時(shí)，一個(gè)更大的世界將會就此誕生。
（圖解：圖示是質(zhì)量約為木星的13倍的超級木星——Kappa仙女座b。圖源：NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger）
基于新的仿真模擬，科學(xué)家們認(rèn)為宇宙中的巨型氣態(tài)行星時(shí)常有可能彼此碰撞后融合，形成一個(gè)更大的氣態(tài)行星——人們把這些大塊頭叫做“超級木星”。
木星是我們太陽系最大的行星，這件事從宇宙的視角看來有點(diǎn)不尋常。其他幾個(gè)恒星系統(tǒng)所擁有的巨大的氣體行星，其質(zhì)量至少是木星的五倍。事實(shí)上，其中一些“超級木星”盡管仍被認(rèn)為是行星，但它們已經(jīng)大到不能再大了。最近的一項(xiàng)研究模擬了這些行星的形成方式，結(jié)果表明，是氣態(tài)巨行星之間的災(zāi)難性的碰撞，產(chǎn)生了超級木星。
【行星堆積起來的大家伙】
多年來，天文學(xué)家一直想知道超級木星是如何形成的。核心問題是，這些巨大的世界是生來就如此巨大（也就是由圍繞新生恒星旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)云中異常大的氣體和塵埃團(tuán)形成），還是開始時(shí)很小，后面通過與其他氣體巨星合并而達(dá)到超大規(guī)模的狀態(tài)。這個(gè)問題的答案可以解釋為什么我們的太陽系沒有自己的超級木星。
來自Flatiron Institute的天文學(xué)家董佳隱（音譯）和她的同事使用計(jì)算機(jī)模型觀察了幾個(gè)模擬恒星系統(tǒng)的演化，然后將模擬的結(jié)果與真實(shí)氣體巨星的質(zhì)量和軌道的測量結(jié)果進(jìn)行了比較。研究人員發(fā)現(xiàn)，氣體巨星碰撞的系統(tǒng)往往會產(chǎn)生“超級木星”，其軌道與現(xiàn)實(shí)中觀測到的軌道最為相似。
質(zhì)量是木星五倍以上的行星是質(zhì)量最大的氣態(tài)巨行星，它們的軌道是長而伸展的橢圓形，而不是圓形。天文學(xué)家將這些軌道描述為“偏心的”。這樣的軌道表明一顆行星有著混沌的前身，因?yàn)橐活w行星原本標(biāo)準(zhǔn)的圓形軌道扭曲成偏心軌道，往往是因?yàn)槠渌行堑囊ν评?。特別是超級木星，其軌道通常會比更小、更像木星的氣體巨星更加“偏心”，這表明它們形成于更混亂的恒星系統(tǒng)中，這樣的系統(tǒng)中會更頻繁地發(fā)生行星之間的碰撞——無論是迎頭正撞還是九死一生。
在周圍盡是相互碰撞的行星巨頭這樣的環(huán)境中，較小的氣態(tài)巨行星不太可能生存下來。由于質(zhì)量較低，它們更有可能被拋出系統(tǒng)，或者被經(jīng)過的“超級木星”拉入，并增加其體積。
董告訴Space.com說：“我們的解釋是，較小的木星更有可能是被彈出，因此我們的觀測是一種幸存者偏差?！?/p>
【災(zāi)難中鍛造的怪物行星】
董和她的同事對行星開始異常大并不斷成長為超級木星的過程進(jìn)行了模擬。結(jié)果顯示，在這個(gè)時(shí)候，它們會混合不同類型的軌道：圓形、極度偏心的軌道以及介于兩者之間的軌道。但是，對于在一系列較小的行星堆中形成巨大的氣體行星的模擬中，他們得到了一堆軌道非常偏心的“超級木星”。
在真實(shí)宇宙中，最大的超級木星大多以狹長的橢圓形圍繞恒星旋轉(zhuǎn)，就像董和她的同事們模擬的流浪巨行星碰撞的結(jié)果一樣。而且，根據(jù)研究人員的說法，這足以表明大多數(shù)超級木星是在足以將兩顆氣態(tài)巨星融合在一起的碰撞中形成的。
董說：“然而，獲得比如軌道傾角、大氣成分等更多的觀測數(shù)據(jù)以佐證這個(gè)觀點(diǎn)才是更好的?！?/p>
【尋找巨行星】
除了這些額外的證據(jù)，董和她的同事們還想測量更多超級木星的軌道，以及它們的那些更小、更像木星的鄰居。
在該團(tuán)隊(duì)最近的研究中，巨型行星的軌道都十分靠近它們的主星；有些行星每隔幾天繞恒星一周，而另一些行星則需要長達(dá)三個(gè)地球年才能繞一周（相比之下，木星每4333天繞太陽一周）。天文學(xué)家將這些氣態(tài)巨行星稱為“暖木星”，因此真正巨大的氣態(tài)巨行星將是“暖超級木星”。但董和她的同事們不僅想測量暖超級木星的軌道，還想測量離恒星更遠(yuǎn)的較冷的木星的軌道。這可能會揭示這些更遙遠(yuǎn)的世界究竟是通過碰撞形成的，還是它們最初只是恒星系統(tǒng)遠(yuǎn)端的孤獨(dú)的巨行星。
與此同時(shí)，較小的世界——即“更接近木星的大小，但仍然是像木星一樣巨大的行星”——也可以幫助董和她的同事們檢驗(yàn)她們最近得到的結(jié)論。在最近一輪的模擬中，形成行星堆積鏈的超級木星往往有一些較小的姊妹行星，質(zhì)量與我們的木星大致相同。但在模擬的恒星系統(tǒng)中，新生行星恰好從異常大的氣體團(tuán)塊中誕生，所有的行星都是巨大的超級木星。
董說，她的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃使用智利的麥哲倫望遠(yuǎn)鏡上的行星探測器光譜儀和亞利桑那州WIYN 3.5米望遠(yuǎn)鏡上的NEID儀器，這兩種儀器都能測量恒星在軌道行星前后引力作用下的擺動(dòng)程度，以幫助研究團(tuán)隊(duì)在擁有超級木星的恒星系統(tǒng)中尋找更小、更遙遠(yuǎn)的世界。
BY:Kiona N. Smith
FY:Stella Zhang（張姝鈴）
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